Dans une nouvelle étude, des chimistes ont développé un nouveau cadre pour déterminer l'efficacité avec laquelle le monoxyde de carbone adhère à la surface d'un catalyseur lors de la conversion du dioxyde de carbone.
Cette viscosité, connue sous le nom d’énergie d’adsorption du monoxyde de carbone (CO), est une propriété qui peut souvent déterminer le produit final d’une réaction chimique. En utilisant une technique électroanalytique avancée largement accessible, les chercheurs ont découvert que la force de cette énergie dépend en réalité d’un mélange de facteurs de réaction, notamment le type de matériau catalyseur, la tension appliquée et la structure de la surface.
Il s’agit d’une étape majeure dans ce domaine, car une meilleure compréhension du fonctionnement de l’adsorption du CO en temps réel peut aider les scientifiques à rechercher des moyens innovants de recycler son homologue, le dioxyde de carbone, en produits combustibles utiles, comme le méthanol et l’éthanol. En concevant de meilleurs catalyseurs, ces nouvelles connaissances pourraient être utilisées pour accélérer le développement de technologies plus propres qui soutiennent un avenir plus durable, a déclaré Zhihao Cui, auteur principal de l'étude et étudiant postdoctoral en chimie à l'Ohio State University.
« Notre approche constitue un pont essentiel entre la théorie et l'expérience en aidant à orienter la conception de catalyseurs capables de convertir le CO2 en carburants liquides utiles plus efficacement », a déclaré Cui.
L'étude est publiée dans Catalyse naturelle.
Jusqu'à présent, les chercheurs ne disposaient pas d'une méthode expérimentale pour mesurer la force de liaison du monoxyde de carbone dans des conditions de réaction réelles, ce qui signifie que les prédictions théoriques des scientifiques sur les résultats de la réaction étaient limitées dans leur capacité à saisir la complexité des environnements électrocatalytiques. Pourtant, grâce à la méthode de cette étude, l'équipe a pu valider ses théories en observant comment le monoxyde de carbone interagit avec des matériaux comme l'or et le cuivre, des informations qui pourraient guider la conception de catalyseurs plus efficaces pour la conversion du carbone.
Les chercheurs ont découvert que même si le monoxyde de carbone peut se lier à l’or et au cuivre avec des résistances similaires, seul le cuivre est capable de générer des produits multi-carbones à partir du CO.2. Ces résultats relativement surprenants révèlent que le processus d’adsorption du CO est en réalité plus complexe que ce que les chercheurs pensaient auparavant, a déclaré Anne Co, co-auteur de l’étude et professeur de chimie et de biochimie à l’Ohio State.
« Le dioxyde de carbone est une molécule tellement stable qu'il est difficile à décomposer », a déclaré Co. « Qu'il faille deux ou douze étapes pour terminer une réaction, cela nécessite généralement beaucoup d'énergie. »
Alors que les chimistes utilisent généralement l'électrochimie pour générer et stocker l'énergie nécessaire, la rationalisation du processus à l'aide du nouveau cadre de cette équipe pourrait faciliter la réalisation des besoins énergétiques d'une réaction chimique potentielle. Il s'agit surtout d'une étape importante dans la conception de carburants meilleurs et plus durables, a déclaré Cui, d'autant plus que la méthode est suffisamment simple pour ne pas nécessiter d'équipement coûteux et peut être facilement adaptée à d'autres types de catalyseurs.
« Notre cadre permet à d'autres chercheurs d'étendre la même expérience à un large éventail de catalyseurs », a déclaré Cui.
Les chercheurs ont noté que même si leur méthode présente certaines limites, les prochaines étapes incluent des plans visant à affiner davantage leur modèle et leurs méthodes afin de fournir des informations plus nuancées sur le monde chimique.
« Même une technique très simple comme celle que nous avons utilisée dans cette étude peut faire une énorme différence dans ce domaine », a déclaré Cui. « Aussi longtemps que votre idée est nouvelle, vous pourrez peut-être mesurer quelque chose qui était auparavant considéré comme impossible à mesurer. »
Parmi les autres co-auteurs de l’Ohio State figurent Kassidy Aztergo et Jiseon Hwang.
